Oversigt
Thymosin beta 4 (TV4) er et lille molekyle protein sammensat af flere aminosyrerester og er vidt udbredt i forskellige væv og celler i den menneskelige krop.[1][2] Som et af de vigtigste actin-regulerende molekyler i den menneskelige krop, det har flere biologiske funktioner og spiller en afgørende rolle i vævsregenerering, ombygning, sårheling, opretholdelse af aktinbalance, tumorudvikling og metastasering, celle apoptose, betændelse, angiogenese, udvikling af hårsækkene, og andre fysiologiske og patologiske processer.
Biologiske funktioner og virkningsmekanismer
Tβ4 er et af de vigtigste actin-regulerende molekyler i den menneskelige krop og har flere biologiske funktioner, spiller en væsentlig rolle i vævsregenerering, ombygning, sårheling, opretholdelse af aktinbalance, tumorudvikling og metastasering, celle apoptose, betændelse, angiogenese, udvikling af hårsækkene, og andre fysiologiske og patologiske processer.
Kilde: Tandlæge telefonlinje
- Aktinregulerende faktor: Actin står for ca 10% af det samlede protein i ikke-muskelceller og er en essentiel komponent, der kræves for cellestruktur, cellebevægelse, og sårheling. Tilstedeværelsen af Tβ4 i celler er tilstrækkelig til at sekvestrere alle actinmonomerer og deltage i reguleringen af actinpolymerisation og depolymerisation. Tβ4 kan binde til actinmonomerer i en 1:1 forhold, forhindrer dannelsen af F-actin polymerer. Bindingen af Tβ4 til actin er ledsaget af dissociationen af bundet vand. C-terminalen af Tβ4 binder til actin His-40, forårsager en konformationsændring i actinmonomerer. Tβ4-molekylet indeholder et actin-bindende domæne (LÅST), som er det vigtigste elektrostatiske kontaktsted. Dets N-terminale fragment kan hæmme actinpolymerisation gennem sterisk hindring. Når man handler alene, Tβ4 kan hæmme actinpolymerisation og nukleotidudveksling på actin. Dette er i modsætning til rollen som et andet actin-bindende protein, Profil, som fremmer udvekslingen af ADP og ATP, accelererende aktinsamling. [1][2]Tβ4 og Profilin kan synergistisk regulere actinsamling. Tβ4 kan regulere omdannelsen mellem G-actin og F-actin. Det er blevet rapporteret, at koncentrationen af Tβ4 når 300 pmol i meget mobile blodceller, mens den koncentration, der kræves for at Tβ4 binder til G-actin, er mindre end 20 pmol. Med øget koncentration, Tβ4 reducerer depolymeriseringsevnen af F-actin. Dette kan være grunden til, at Tβ4 regulerer funktionen af det cellulære mikrofilamentsystem.
Fremme af endotelcellemigration og angiogenese: Undersøgelser ved hjælp af kyllingens chorioallantoiske membran (CAM) angiogenese model har vist, at når endotelceller differentierer til rørformede strukturer, mRNA-indholdet i Tβ4 øges med fem gange, og transfektion med Tβ4 accelererer dannelsen af rørlignende strukturer i endotelcellekloner. Derudover, forskning har fundet ud af, at Tβ4 kan interagere med fibrin og kollagen medieret af transglutaminase (Faktor XIIIa) og spiller en vigtig rolle i processen med blodkoagulation. Desuden, i et hudskadeeksperiment i fuld tykkelse i aldrende diabetiske mus, Tβ4 kan fremskynde helingen af store hudsår og dybe forbrændinger, fremme reparation af hud og hornhinde, og demonstrere evnen til at fremskynde sårheling.
Hæmning af celleapoptose: Tβ4 har en betydelig beskyttende effekt på corneale epitelceller beskadiget af ætsende stoffer som benzalkoniumchlorid eller ethanol. Opregulering af Tβ4-genekspression er gavnlig til at øge cellernes hypoxiresistens.[2][3]
Nedregulering af centrale inflammatoriske molekyler: Sårheling er en kompleks biologisk proces, der kan opdeles i tre forskellige stadier: betændelse, celleproliferation, og vævsremodellering, hvor genekspressionen af relevante proteiner opreguleres og derefter nedreguleres i hvert trin. Til kroniske sår, denne reguleringsproces kan forstyrres af faktorer som alder, underliggende sygdomme, og immunsuppressive lægemidler, fører til overdreven produktion af inflammatoriske molekyler, overdreven betændelse, og hindrede celleproliferation og vævsomdannelse. Forskning har fundet ud af, at Tβ4 kan reducere niveauet af frie radikaler, bremse lipidperoxidation, hæmmer produktionen af inflammatoriske cytokiner såsom IL-1, makrofag inflammatorisk protein 1α (MIP1α), MIP1β, monocyt kemotaktisk protein-1 (MCP-1), reducere niveauer af thromboxan og prostaglandin 2α, derved lindre betændelse. Derfor, det kan bruges til behandling af inflammatoriske lidelser såsom segmental enteritis og muskelatrofi.
Stimulering af voksen epikardiestamcelledifferentiering: Tβ4 spiller en afgørende rolle i forskellige aspekter af udvikling af koronarkar og kan i væsentlig grad stimulere væksten af hvilende epikardiale transplantater fra voksne mus., genoprette multipotensen af fibroblaster, glatte muskelceller, og endotelceller, og inducere deres differentiering.[1][2] Knockout af Tβ4-genet i hjertet fører til et signifikant fald i niveauerne af det angiogene spaltningsprodukt af Tβ4 (AcSDKP). Selvom injektion af AcSDKP ikke kan genoprette hjertet, det kan signifikant øge differentieringen af epikardiale stamceller fra voksne mus til endotelceller. Dette tyder på, at Tβ4 og AcSDKP er potente stimulatorer af koronar og neovaskularisering, og Tβ4-inducerede epikardieceller fra voksne mus kan tjene som en kilde til vaskulær regenerering, fører til vedvarende regenerering af den kompromitterede vaskulatur på et lavt niveau efter hjerteskade.
Stimulering af hårsækkens udvikling: Tβ4 fremmer migrationen, differentiering, og ekstracellulær matrix-rekonstruktion af hårsækkens stamceller, derved regulerer hårvæksten. Undersøgelser i rotter og mus har fundet det under hårvækstcyklussen, en specifik undergruppe af hårfollikel-keratinocytter, der stammer fra bule-regionen, der i høj grad co-udtrykker Tβ4, mens hudstamceller også er til stede i hårsækkens bule. Når Tβ4-koncentrationen er på det nanomolære niveau, migration og differentiering af stamceller forbedres, og tilstedeværelsen af Tβ4 øger også ekspressionen og sekretionen af matrix metalloproteinase-2 (MMP-2), et ekstracellulært matrix-nedbrydende enzym.
Sammenhæng med tumordannelse: Opregulering af Tβ4-genet er blevet observeret i forskellige tumorceller, inklusive medullært skjoldbruskkirtelcarcinom, tyktarmskræft, meget malignt melanom, brystkræft, og oral pladecellecarcinom. Tβ4 kan effektivt inducere ekspressionen af vaskulær endotelvækstfaktor, fremmer angiogenese og aktiverer cellevandringsegenskaber, fører til tumor malignitet. Opregulering af Tβ4-ekspression resulterer i nedregulering af E-cadherin-ekspression, svækkelse af celleadhæsion, og øget ekspression af matrixmetalloproteinaser, giver vækstfordele og invasive egenskaber til kræftceller, dermed medvirkende til malignitet. Tβ4 besidder anti-apoptotiske egenskaber, og øget ekspression af Tβ4 kan reducere omfanget af celleapoptose, muligvis på grund af Tβ4, der hæmmer frigivelsen af cytochrom c og forstyrrer initieringen af apoptoseprocessen, hvilket er en anden vigtig egenskab ved ondartede tumorer.
Fremme af reparation af hornhinden: Thymosin β4 har demonstreret sin evne til at fremme sårheling i forskellige hornhindeskademodeller og regulere produktionen af visse nøglecytokiner. Forskning har fundet, at thymosin β4 kan reducere ekspressionen af matrixmetalloproteinaser, fremmer omdannelse af ekstracellulær matrix, og aktivere cytokiner. Helt konkret, det hæmmer aktiviteten af matrixmetalloproteinaser, i modsætning til konklusionen fra thymosin β4-behandlede hudskademodeller. [1][2][3]Dette tyder på, at de regulatoriske veje for specifikke enzymer i vævsreparationsprocessen enten kan opreguleres eller nedreguleres.
Fremstillingsmetode
For tiden, der er to hovedkilder til thymosin beta 4 (TV4) bruges i kliniske og forskningsmæssige omgivelser: udvinding fra bovin thymus og kemisk syntese. Ekstraktion af Tβ4 fra bovin thymus er ikke kun dyrt, men også begrænset af materialetilgængelighed og ekstraktionsteknikker, hvilket resulterer i lav renhed og lavt indhold. Tilstedeværelsen af urenheder giver også mange problemer, især i betragtning af det stigende antal vira i kvæg, hvilket komplicerer udvindingsprocessen. Med udviklingen af genteknologi, at bruge genteknologiske metoder til at producere Tβ4 vil blive en ny retning. I vores laboratorium, vi planlægger at udføre tandemekspression af kunstigt syntetiseret Tβ4 i planter for at opnå transgene planter med effektiv ekspression af Tβ4. Sammenlignet med naturligt ekstraheret Tβ4, Tβ4 produceret ved hjælp af transgene planter har fordelene ved højere bioaktivitet, højere renhed, og færre bivirkninger. Derudover, det repræsenterer den optimale tilgang til at reducere produktionsomkostningerne, minimere forurening, og muliggør produktion i stor skala.[3]
Baggrund
Thymosin beta 4 er et peptid sammensat af 43 aminosyrerester med et isoelektrisk punkt på 5.1 og er meget konserveret hos pattedyr. Det er et cytoplasmatisk protein snarere end et kerneprotein, i modsætning til thymosin alfa eller lignende thymosiner. [2][3]Thymosin beta 4 er involveret i forskellige fysiologiske funktioner, herunder immunfunktion, udvikling af nervesystemet, sårheling, og aktinproteinfunktioner.
I modsætning til thymosin alfa eller lignende thymosiner, thymosin beta 4 er et cytoplasmatisk protein snarere end et nuklear protein. Det indeholder færre hydrofobe aminosyrer og indeholder ikke Lys-Lys-Xaa-Lys strukturelle region. Kemiske konformationsundersøgelser har vist, at thymosin beta 4 eksisterer og fungerer som en enkelt kæde. Det har et internt gentagelsesområde mellem resterne 31-43 og 18-30, med seks identiske aminosyrer. Selvom der er to stærkt spiralformede områder mellem rester 4-12 og 32-40, thymosin beta 4 danner ikke en prolinvending. Med hensyn til biologisk fordeling og udtryk, thymosin beta 4 blev oprindeligt renset fra thymus. Derfor, det blev oprindeligt antaget at være et thymushormon, der virker på tidlig T-cellemodning. Imidlertid, thymosin beta 4 er meget til stede i andre væv, organer, og celler, med de højeste niveauer fundet i milten, thymus, lunger, og peritoneale makrofager, efterfulgt af hjernen, lever, nyrer, testikler, og hjerte. Selv ikke-retikuloendotelsystemceller såsom fibroblaster kan syntetisere thymosin beta 4. Thymocytter har syv gange højere niveauer af thymosin beta 4 mRNA end thymusstromale celler, og thymosin beta 4 ekspression observeres i forskellige blodcelletyper. Undersøgelser om thymosin beta 4 cDNA har vist, at det mangler et signalpeptid.[1] Selvom der også er udskilte proteiner i kroppen, som mangler signalpeptider, såsom interleukin-1 (IL-1) og endotelvækstfaktorer, eksperter mener stadig, at thymosin beta 4 er usandsynligt et udskilt protein og er mere sandsynligt, at det er essentielt for visse basale cellulære funktioner.
Anvendelse
Grundlæggende og anvendt forskning om optimering af endothelial progenitorcellefunktion med Thymosin Beta 4 (TV4)
Hyppigheden og dødeligheden af iskæmiske hjerte-kar-sygdomme er steget år for år, udgør en alvorlig trussel mod menneskers sundhed. Patogenesen af disse sygdomme er meget kompleks, og endotelcelledysfunktion spiller en afgørende rolle i udviklingen af iskæmiske kardiovaskulære sygdomme. Selvom modne endotelceller kan reparere endotelskader, deres regenereringsevne er begrænset. Endotheliale stamceller (EPC'er) er en type forløbercelle for vaskulære endotelceller og har potentiale til at differentiere til endotelceller. Talrige undersøgelser har vist, at EPC'er spiller forskellige roller i vaskulær reparation og neovaskularisering. Imidlertid, den kliniske anvendelse af EPC-transplantation står stadig over for mange udfordringer. Flere hjerte-kar-sygdomme eller risikofaktorer såsom aldring, hypertension, hyperkolesterolæmi, og diabetes kan reducere antallet af cirkulerende EPC'er og forringe deres funktion, i høj grad begrænser deres anvendelse ved iskæmiske kardiovaskulære sygdomme. Derfor, forbedring af funktionen af EPC'er vil være en vigtig strategi for fremtidig EPC-transplantationsterapi.[1][2]
Thymosin beta 4 (TV4), et lavmolekylært protein sammensat af 43 aminosyrerester, er involveret i mediering af forskellige biologiske responser såsom angiogenese, sårheling, og betændelseskontrol. Vores tidligere forskning har fundet ud af, at Tβ4 kan øge spredningen og migrationen af humane perifere blod-EPC'er, mens den hæmmer deres apoptose og senescens. Tβ4 øger signifikant den angiogene evne af EPC'er, viser en dosisafhængig sammenhæng med en maksimal effekt ved 1000 af/ml (sammenlignet med kontrolgruppen, 33.33±1,86 vs 18,34±2,02, P<0.05). Western blot-analyse viser, at Tβ4 fremmer phosphoryleringen af Akt Ser473 og eNOS Ser1177, udviser også et dosisafhængigt forhold. Akt siRNA og eNOS siRNA hæmmer begge signifikant de pro-angiogene virkninger af Tβ4 på EPC'er.
- Behandling af hudsår
- Behandling af kardiovaskulære og cerebrovaskulære skader
- Behandling af oftalmiske skader
- Andre applikationer
På grund af dets biologiske funktioner, herunder fremme af endotelcellemigration, forebyggelse af celleapoptose, anti-inflammatoriske virkninger, og fremme hårsækkenes udvikling, Tβ4 viser også et betydeligt potentiale inden for hudpleje, bekæmpelse af hudens aldring, og fremmer hårgenvækst, blandt andre aspekter af sundhedsvæsenet.
